JP2018179715A - Pulse pressure detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力センサを用いて変形可能なチューブ内を流れる流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力を検出するパルス圧力検出装置に関するものである。 The present invention relates to a pulse pressure detection device that detects a pulse pressure generated by a change in pulsation of fluid flowing in a deformable tube using a force sensor.
特表２００１−５１２５７２号公報（特許文献１）には、液体を搬送するための変形可能なチューブと、チューブを部分的に拘束する拘束部材とを備え、チューブの非拘束部分に力センサの受圧部を押し当てて、チューブ内の液体圧力を検出する装置が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-512572 (Patent Document 1) includes a deformable tube for transporting a liquid and a restraining member for partially restraining the tube, and a pressure sensor receives pressure from a non-restraint portion of the tube. There is disclosed an apparatus for pressing a portion to detect a fluid pressure in a tube.
従来の装置では、チューブ内の液体の圧力を検出することを目的としており、液体の脈動の変化によって生じる微小なパルス圧力を検出することを目的としていない。そのため従来の装置では、高い精度でパルス圧力を検出することができない。 The conventional apparatus aims at detecting the pressure of the liquid in the tube, and does not aim at detecting the minute pulse pressure generated by the change of the pulsation of the liquid. Therefore, the conventional device can not detect the pulse pressure with high accuracy.
本発明の目的は、力センサを用いて変形可能なチューブ内を流れる流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力を検出するパルス圧力検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a pulse pressure detection device that detects a pulse pressure generated by a change in pulsation of fluid flowing in a deformable tube using a force sensor.
本発明が改良の対象とするパルス圧力検出装置は、流体を搬送するための変形可能なチューブと、拘束部材とを備えている。本発明で用いる拘束部材は、チューブが貫通するＵ字状の溝部を有し、溝部の内面には前記チューブの外面の一部に添う湾曲面と、この湾曲面の両端と連続し且つ所定の間隔を開けて湾曲面から離れる方向に延びる一対の平面を有し、湾曲面の両端と連続しない一対の平面の一対の端縁間に開口部を有している。本発明では、さらに拘束部材の溝部の開口部から露出するチューブの部分と接触する平坦面を備えたダイアフラムと、ダイアフラムの平坦面とダイアフラムの厚み方向に対向する対向面に受圧部が直接接触するまたは受圧子を介して間接的に受圧部が接触し、受圧部に加わる１０Ｎ以下の力を検出できる力センサとを備えている。そしてチューブの硬さは、力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さである。 The pulse pressure detection device targeted by the present invention is provided with a deformable tube for transporting a fluid and a restraint member. The restraining member used in the present invention has a U-shaped groove through which the tube passes, and the inner surface of the groove is continuous with a curved surface following a part of the outer surface of the tube and both ends of the curved surface. It has a pair of spaced apart planes extending in a direction away from the curved surface, and has an opening between a pair of edges of the pair of flat surfaces which are not continuous with both ends of the curved surface. In the present invention, the pressure receiving portion directly contacts the diaphragm having a flat surface in contact with the portion of the tube exposed from the opening of the groove of the restraint member, and the opposing surface facing the flat surface of the diaphragm and the thickness direction of the diaphragm Alternatively, the pressure receiving portion indirectly contacts via the pressure receiving element, and the force sensor can detect a force of 10 N or less applied to the pressure receiving portion. And, the hardness of the tube is a hardness that allows detection of pulse pressure with a force sensor.
本発明によれば、所定の硬さのチューブを湾曲面と一対の平面からなる溝部で拘束しているので、溝部の開口部から露出するチューブの部分は、チューブ内の流体の脈動の変動に応じて可能な限り大きく変動する。そしてこの変動がダイアフラムを変動させる。本発明では、１０Ｎ以下の力を検出できる測定値が小さい力センサを用いるので、チューブ内の流体の脈動の変動によって生じる小さなパルス圧力で変動するダイアフラムの変位に基づく力を力センサで検出することが可能になり、その結果パルス圧力を、力センサを用いて検出することが可能になった。
ダイアフラムは拘束部材の開口部を塞ぐように拘束部材に固定されているのが好ましい。このようにするとチューブからの力をダイアフラムに最大限伝達することが可能になる。
According to the present invention, since the tube having a predetermined hardness is restrained by the groove portion consisting of the curved surface and the pair of flat portions, the portion of the tube exposed from the opening of the groove portion is subject to the fluctuation of the fluid pulsation in the tube. It fluctuates as much as possible. And this fluctuation causes the diaphragm to fluctuate. In the present invention, since a force sensor capable of detecting a force of 10 N or less is used, the force sensor detects force based on displacement of the diaphragm which is fluctuated by small pulse pressure generated by fluctuation of fluid pulsation in the tube. As a result, pulse pressure can be detected using a force sensor.
The diaphragm is preferably fixed to the restraining member so as to close the opening of the restraining member. In this way it is possible to maximally transfer the force from the tube to the diaphragm.
またチューブは、シリコーンチューブ又はテフロン（登録商標）チューブから構成するのが好ましい。この場合、チューブの硬さは、力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さとする。このようにすると、１０Ｎ以下の力を検出する力センサの性能を最大限生かして、高い精度でパルス圧力を検出することが可能になる。 The tube is preferably composed of a silicone tube or a Teflon (registered trademark) tube. In this case, the hardness of the tube is such that the force sensor can detect pulse pressure. In this way, it is possible to detect pulse pressure with high accuracy by making the best use of the performance of a force sensor that detects a force of 10 N or less.
前述のシリコーンチューブ又はテフロン（登録商標）チューブの硬さは、ＪＩＳ−Ａ形のデュロメータで測定して９５以下であるのが好ましい。この硬さであれば、１０Ｎ以下の力を検出する力センサの性能を最大限生かして、高い精度でパルス圧力を検出することが可能になる。 The hardness of the above-mentioned silicone tube or Teflon (registered trademark) tube is preferably 95 or less as measured by a durometer of JIS-A. With this hardness, it is possible to detect pulse pressure with high accuracy by making the best use of the performance of a force sensor that detects a force of 10 N or less.
以下、図面を参照しながら本発明に係るパルス圧力検出装置の一実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a pulse pressure detection device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１及び図２は本発明の実施の形態に係るパルス圧力検出装置１の一例の構成を示すための横断面図及び概略縦断面図である。図１及び図２に示すように、パルス圧力検出装置１は、流体を搬送するための変形可能なチューブ３と、拘束部材５と、ダイアフラム７と、受圧子９と、１０Ｎ以下の力を検出することができる力センサ１１を備えている。
チューブ３は、シリコーンチューブから構成されている。使用するシリコーンチューブの硬さは、ＪＩＳ−Ａ形のデュロメータで測定して６６であり、例えば信越化学工業株式会社が 販売するシリコーンチューブ（ＣＰ−Ｎグレード一般工業用）を使用することができる。またチューブ３としては、テフロン（登録商標）チューブから構成されたものを用いてもよいのは勿論である。テフロン（登録商標）チューブ用いる場合、その硬さは、ＪＩＳ−Ａ形のデュロメータで測定して９５以下であるのが好ましい。
シリコーンチューブまたはテフロン（登録商標）チューブの硬さが、この硬さであれば、１０Ｎ以下の力を検出する力センサの性能を最大限生かして、高い精度でパルス圧力を検出することが可能になる。
拘束部材５は、上壁部５１と、底壁部５２と、上壁部５１と底壁部５２とを連結する連結壁部５３とを備えている。上壁部５１には、チューブ３が貫通するＵ字状の溝部５４を有している。溝部５４の内面にはチューブ３の外面の一部に添う湾曲面５６と、この湾曲面５６の両端と連続し且つ所定の間隔を開けて湾曲面５６から離れる方向に延びる一対の平面５７及び５８を有している。そして湾曲面５６の両端と連続しない一対の平面５７及び５８の一対の端縁間に開口部５９を有している。拘束部材５は、ＰＰＳ等の樹脂材料やステンレス等の金属材料により形成されている。
ダイアフラム７は、拘束部材５の溝部５４の開口部５９から露出するチューブ３の部分と接触する平坦面７１を備えている。ダイアフラム７は、開口部５９を閉塞するように上壁部５１に片持ち支持されている。ダイアフラム７の平坦面７１とダイアフラムの厚み方向に対向する対向面７２に受圧部１１Ａが受圧子９を介して間接的に圧力センサ１１の受圧部１１Ａが接触している。ダイアフラム７は、ＰＰＳ等の樹脂材料やステンレス等の金属材料によって形成されている。受圧子９は、ＰＰＳ等の樹脂材料やステンレス等の金属材料によって製造されたものである。受圧部９を用いると、力センサに安定に荷重を印加できるという利点が得られる。なお受圧子９を介さずに、ダイアフラム７の対向面７２に力センサ１１の受圧部１１Ａを直接接触させるようにしてもよい。
本実施の形態では、受圧部１１Ａに加わる１０Ｎ以下の力を検出できる力センサとしては、出願人がHFD-500Sの製品番号で販売する力センサを用いている。力センサ１１は、チューブ３内を流れる流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力に比例した力を検出する。本実施の形態によれば、チューブ３を湾曲面５６と一対の平面からなる溝部５７及び５８で拘束しているので、溝部５４の開口部５９から露出するチューブ３の部分は、チューブ３内の流体の脈動の変動に応じて可能な限り大きく変動する。そしてこの変動がダイアフラム７を変動させる。そして本実施の形態では、１０Ｎ以下の力を検出できる測定値が小さい力センサ１１を用いるので、チューブ３内の流体の脈動の変動によって生じる小さなパルス圧力で変動するダイアフラム７の変位に基づく力を力センサ１１で検出することが可能になり、その結果パルス圧力を、力センサ１１を用いて検出することが可能になった。
FIG.1 and FIG.2 is the cross-sectional view and schematic vertical cross-sectional view for showing the structure of an example of the pulse pressure detection apparatus 1 which concerns on embodiment of this invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the pulse pressure detection device 1 detects a deformable tube 3 for transporting a fluid, a restraining member 5, a diaphragm 7, a pressure receiver 9, and a force of 10 N or less. It has a force sensor 11 that can be used.
The tube 3 is composed of a silicone tube. The hardness of the silicone tube to be used is 66 as measured by a durometer of JIS-A type, and for example, a silicone tube (CP-N grade general industrial use) sold by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. can be used. Of course, the tube 3 may be made of a Teflon (registered trademark) tube. When a Teflon (registered trademark) tube is used, its hardness is preferably 95 or less as measured by a durometer of JIS-A.
If the hardness of the silicone tube or Teflon (registered trademark) tube is this hardness, it is possible to detect pulse pressure with high accuracy by making the best use of the performance of a force sensor that detects a force of 10 N or less Become.
The restraint member 5 includes an upper wall 51, a bottom wall 52, and a connecting wall 53 that connects the upper wall 51 and the bottom wall 52. The upper wall 51 has a U-shaped groove 54 through which the tube 3 passes. On the inner surface of the groove 54, a curved surface 56 which follows a portion of the outer surface of the tube 3, and a pair of flat surfaces 57 and 58 which are continuous with both ends of the curved surface 56 and extend in the direction away from the curved surface 56 at predetermined intervals. have. Further, an opening 59 is provided between a pair of ends of a pair of flat surfaces 57 and 58 which are not continuous with both ends of the curved surface 56. The constraining member 5 is formed of a resin material such as PPS or a metal material such as stainless steel.
The diaphragm 7 has a flat surface 71 in contact with the portion of the tube 3 exposed from the opening 59 of the groove 54 of the restraint member 5. The diaphragm 7 is cantilevered on the upper wall 51 so as to close the opening 59. The pressure receiving portion 11A indirectly contacts the pressure receiving portion 11A of the pressure sensor 11 via the pressure receiving element 9 with the flat surface 71 of the diaphragm 7 and the opposing surface 72 opposed in the thickness direction of the diaphragm. The diaphragm 7 is formed of a resin material such as PPS or a metal material such as stainless steel. The pressure receiver 9 is made of a resin material such as PPS or a metal material such as stainless steel. The use of the pressure receiving portion 9 provides an advantage that a load can be stably applied to the force sensor. The pressure receiving portion 11A of the force sensor 11 may be in direct contact with the facing surface 72 of the diaphragm 7 without the pressure receiving member 9.
In the present embodiment, a force sensor sold by the applicant under the product number of HFD-500S is used as a force sensor capable of detecting a force of 10 N or less applied to the pressure receiving portion 11A. The force sensor 11 detects a force proportional to the pulse pressure generated by the change in pulsation of the fluid flowing in the tube 3. According to the present embodiment, since the tube 3 is restrained by the curved surface 56 and the grooves 57 and 58 formed of a pair of flat surfaces, the portion of the tube 3 exposed from the opening 59 of the groove 54 It fluctuates as much as possible in response to fluctuations in fluid pulsations. This fluctuation causes the diaphragm 7 to fluctuate. And in this embodiment, since the force sensor 11 which can detect a force of 10 N or less has a small measured value, the force based on the displacement of the diaphragm 7 which is fluctuated by the small pulse pressure generated by the fluctuation of the pulsation of the fluid in the tube 3 It became possible to detect with the force sensor 11, and as a result it became possible to detect pulse pressure using the force sensor 11.
本実施の形態のパルス圧力検出装置１の効果を確認するために図３に示す試験装置を準備した。この試験装置では、チューブ３内の流体のパルス圧力を直接測定する圧力センサ１３と本実施の形態のパルス圧力検出装置１をチューブ３に対して装着した。そして試験では、チューブ３として、シリコーンチューブを用いた本実施の形態と、チューブ３としてテフロン（登録商標）チューブを用いた実施の形態の両方について、流体の脈動を同じにした条件で試験を行った。図４（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本実施の形態でパルス圧力を測定した測定結果を示している。図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、「フォースセンサ出力」は力センサ１１の出力波形であり、「圧力センサ出力」は圧力センサ１３の出力波形である。この測定結果から、テフロン（登録商標）チューブを用いた例では、圧力センサ１３の出力が、シリコーンチューブを用いた実施例の圧力センサの出力と比べて１／２以下になっているが、実用上の問題はない。 In order to confirm the effect of the pulse pressure detection device 1 of the present embodiment, a test device shown in FIG. 3 was prepared. In this test apparatus, the pressure sensor 13 for directly measuring the pulse pressure of the fluid in the tube 3 and the pulse pressure detection device 1 of the present embodiment were attached to the tube 3. Then, in the test, the test was conducted under the conditions in which the pulsation of the fluid was made the same both in the present embodiment using a silicone tube as the tube 3 and in the embodiment using a Teflon (registered trademark) tube as the tube 3 The FIGS. 4A and 4B respectively show the measurement results of measuring the pulse pressure in this embodiment. In FIGS. 4A and 4B, “force sensor output” is an output waveform of the force sensor 11, and “pressure sensor output” is an output waveform of the pressure sensor 13. From this measurement result, in the example using the Teflon (registered trademark) tube, the output of the pressure sensor 13 is 1⁄2 or less as compared with the output of the pressure sensor of the embodiment using the silicone tube. There is no problem above.
この結果から、チューブとして、チューブの硬さが１０Ｎ以下の力を検出できる力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さを選択すると、増幅度の大きな増幅器を用いることなく、パルス圧力を力センサを用いて検出することが可能になりＳＮ比が改善できることが判る。 From this result, when selecting a hardness that enables detection of pulse pressure with a force sensor that can detect a force whose hardness is 10 N or less as a tube, the pulse pressure can be a force sensor without using an amplifier with a large amplification degree. It can be seen that the signal to noise ratio can be improved by using the
上記実施の形態では、チューブとしてシリコーンチューブを用いたが、チューブとしては硬さが１０Ｎ以下の力を検出できる力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さを有するものを用いることができるのは、勿論であり、ウレタンチューブを用いることも可能である。なおテフロン（登録商標）チューブのように硬質樹脂チューブを使用する場合は、高精度で増幅度が大きい増幅器を使用することで同様の検出精度を確保することも可能である。 In the above embodiment, a silicone tube is used as the tube, but as the tube, a force sensor capable of detecting a force having a hardness of 10 N or less can be used which has a hardness capable of detecting a pulse pressure Of course, it is also possible to use a urethane tube. In addition, when using a hard resin tube like a Teflon (trademark) tube, it is also possible to ensure the same detection accuracy by using an amplifier with a large amplification degree with high accuracy.
図５は本発明のパルス圧力検出装置１の他の実施の形態の横断面図を示している。この例では、ダイアフラム７で溝５４の開口部５９を完全に塞いでいる。したがってダイアフラム７は、両持ちで支持されている。またダイアフラム７に力センサ１１の受圧部１１Ａが直接接触している。しかしながら本実施の形態でも、図１の実施の形態と同様に、受圧子９を介して受圧部１１Ａを間接的にダイアフラム７に接触させるようにしてもよいのは勿論である。 FIG. 5 shows a cross-sectional view of another embodiment of the pulse pressure detection device 1 of the present invention. In this example, the diaphragm 59 completely closes the opening 59 of the groove 54. Therefore, the diaphragm 7 is supported at both ends. Further, the pressure receiving portion 11A of the force sensor 11 is in direct contact with the diaphragm 7. However, even in the present embodiment, as in the embodiment of FIG. 1, of course, the pressure receiving portion 11A may be indirectly in contact with the diaphragm 7 via the pressure receiving member 9.
本発明によれば、所定の硬さのチューブを湾曲面と一対の平面からなる溝部で拘束しているので、溝部の開口部から露出するチューブの部分は、チューブ内の流体の脈動の変動に応じて可能な限り大きく変動し、この変動がダイアフラムを変動させるので、１０Ｎ以下の力を検出できる測定値が小さい力センサを用いことにより、チューブ内の流体の脈動の変動によって生じる小さなパルス圧力を力センサで検出することが可能になる。 According to the present invention, since the tube having a predetermined hardness is restrained by the groove portion consisting of the curved surface and the pair of flat portions, the portion of the tube exposed from the opening of the groove portion is subject to the fluctuation of the fluid pulsation in the tube. Small fluctuations in fluid pulsation in the tube can be generated by using a force sensor with small measured values that can detect a force of 10 N or less, because the fluctuation fluctuates as much as possible and this fluctuation fluctuates the diaphragm. It becomes possible to detect with a force sensor.
１ パルス圧力検出装置
３ チューブ
５ 拘束部材
７ ダイアフラム
９ 受圧子
１１ 出力センサ
Reference Signs List 1 pulse pressure detection device 3 tube 5 restraint member 7 diaphragm 9 pressure receiver 11 output sensor
Claims (4)
前記チューブが貫通するＵ字状の溝部を有し、前記溝部の内面には前記チューブの外面の一部に添う湾曲面と、該湾曲面の両端と連続し且つ所定の間隔を開けて前記湾曲面から離れる方向に延びる一対の平面を有し、前記湾曲面の前記両端と連続しない前記一対の平面の一対の端縁間に開口部を有する拘束部材と、
前記拘束部材の前記溝部の前記開口部から露出する前記チューブの部分と接触する平坦面を備えたダイアフラムと、
前記ダイアフラムの前記平坦面と前記ダイアフラムの厚み方向に対向する対向面に受圧部が直接接触するまたは受圧子を介して間接的に前記受圧部が接触し、前記受圧部に加わる１０Ｎ以下の力を検出できる力センサとを備え、
前記チューブの硬さは、前記力センサで前記パルス圧力の検出が可能な硬さであり、
前記チューブ内を流れる前記流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力を前記力センサの出力に基づいて検出するパルス圧力検出装置。 A deformable tube for conveying the fluid;
The tube has a U-shaped groove through which the tube penetrates, and the inner surface of the groove has a curved surface along a part of the outer surface of the tube, and the curved surface continuous with both ends of the curved surface at predetermined intervals. A constraining member having a pair of flat surfaces extending in a direction away from the surface and having an opening between a pair of edges of the pair of flat surfaces not continuous with the two ends of the curved surface;
A diaphragm having a flat surface in contact with the portion of the tube exposed from the opening of the groove of the restraint member;
The pressure receiving portion is in direct contact with the flat surface of the diaphragm and the opposing surface facing in the thickness direction of the diaphragm, or the pressure receiving portion is indirectly in contact via the pressure receiving element, and a force of 10 N or less applied to the pressure receiving portion Equipped with a force sensor that can detect
The hardness of the tube is such that the force sensor can detect the pulse pressure,
A pulse pressure detection device for detecting a pulse pressure generated by a change in pulsation of the fluid flowing in the tube based on an output of the force sensor.
前記シリコーンチューブの硬さは、前記力センサで前記パルス圧力の検出が可能な硬さである請求項１または２に記載のパルス圧力検出装置。 The said tube consists of a silicone tube or a Teflon (registered trademark) tube,
The pulse pressure detection device according to claim 1, wherein the hardness of the silicone tube is a hardness that allows detection of the pulse pressure by the force sensor.
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